王小娟 張杰 賈秋蘭

摘 要：高空氣象觀測是氣象業(yè)務的基礎，是天氣預報、氣候分析、科學研究和國際交換的氣象情報和資料的主要來源。隨著高空探測技術的不斷發(fā)展，計算機技術的不斷提高，高空地面一體化的不斷深入，對高空探測系統(tǒng)軟件自動化要求也越來越高，該文介紹了L波段軟件觀測自動化、時間相關及其圖文對比，主要是采用C++語言，開發(fā)一套L波段雷達觀測系統(tǒng)輔助軟件，將其與L波段放球軟件相關中，達到觀測自動化的要求。

關鍵詞：L波段；一體化；自動化；系統(tǒng)

中圖分類號：S163 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415066

*為本文通訊作者引言

高空氣象探測系統(tǒng)是大氣綜合探測系統(tǒng)的重要組成部分，是人類了解大自然，了解天氣變化的主要途徑，是氣象科學發(fā)展的基石。我國首個高空氣象觀測站于1930年1月建于南京北極閣，到20世紀50年代我國已建立120個探空站，與國際同步實施了世界天氣監(jiān)測（www）計劃。

高空氣象資料[1]為氣象預報、災害性天氣監(jiān)測、應急氣象保障、氣候變化研究以及氣候資源開發(fā)提供重要氣象信息，馬力[2]等利用探空雷達資料對大氣邊界層特征進行分析，Р.Г.Рейтнба[3]等利用全球高空探測網(wǎng)資料及其處理方法對氣溫及自由大氣參數(shù)的變化進行分析，楊梅[4]等利用探空資料為風廓線、GPS/MET水汽觀測等高空遙感設備相對比對作為參考標準，周毓荃[5]等利用探空秒數(shù)據(jù)，計算分析不同云垂直結構，驗證了相對濕度閾值判斷云垂直結構方法的可行性。

隨著科技的進步，越來越多領域需要高空資料的前提下，高空觀測質量的提高顯得尤為重要，周尚河[6]利用高空探測站的歷史資料建立高空氣候資料數(shù)據(jù)集，可以進行信息化格式檢查、旬合計值檢查、氣候極值檢查，張聰娥[7]對影響高空探測數(shù)據(jù)質量的因素進行分析，發(fā)現(xiàn)障礙物遮擋、電磁干擾、雷達保障能力不足都有影響，郭鳳娟[8]發(fā)現(xiàn)凈舉力與探空高度在某種程度上呈現(xiàn)顯著的正相關關系，總結出了不同天氣下凈舉力的選取范圍。

L波段高空觀測系統(tǒng)軟件是與L波段高空探測系統(tǒng)配套使用的組合軟件，包括“放球軟件”、“數(shù)據(jù)處理軟件”、“文件備份軟件”、“模擬訓練軟件”和若干工具軟件，黃紅梅[9]闡述了L波段雷達探測系統(tǒng)替代59-701C 型雷達探測系統(tǒng)的必要性，李偉[10]等對L波段高空氣象探測系統(tǒng)基本功能及其操作進行了詳細的描述，李建英[11]、周處強[12]等對L波段業(yè)務軟件中存在的問題進行了探討，隨著高空地面一體化[13-15]的不斷深入，高空探測技術[16-17]的不斷發(fā)展，對L波段高空系統(tǒng)軟件[18-21]的要求也越來越高。如何開發(fā)出更符合現(xiàn)代科技發(fā)展更自動化的軟件成了一項重要的課題。

1 設計背景及現(xiàn)狀

L波段雷達高空探測實現(xiàn)了自動抓球、自動跟蹤、自動測距、自動數(shù)據(jù)分析處理和自動故障檢測功能，與701相比顯著提高了探測精度，降低了操作人員的勞動強度，但是在人員簡配、提高效率以及減少錯情等方面還存在一定的不足，特別是在中國氣象局實施探空、地面觀測一體化后，這些問題更加突出體現(xiàn)，主要體現(xiàn)在3個方面。

1.1 瞬間數(shù)據(jù)讀取

瞬間數(shù)據(jù)讀取無法自動完成，需要觀測人員人工錄入，不僅沒有減少工作量，還增加了由于交叉值班造成數(shù)據(jù)讀取、錄入的錯誤。

1.2 報文發(fā)送處理

報文發(fā)出前，只能看到數(shù)字報文，對探測中出現(xiàn)的飛點、亂點以及測風數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)跳變、跑球等問題難以直觀發(fā)現(xiàn)，造成數(shù)據(jù)準確性有一定偏差。

1.3 錯發(fā)現(xiàn)象處置

全國多次出現(xiàn)由于時間、日期錯誤引起的報文出錯等現(xiàn)象，河北省也出現(xiàn)過2次以上的錯發(fā)情況，致使發(fā)報錯誤整次觀測記錄作廢。

1.4 小結

鑒于以上問題，有必要在目前L波段軟件上開發(fā)自動讀取自動站觀測資料、報文圖像形成以及時間相關等功能，實現(xiàn)高空探測中的瞬間氣象要素觀測全自動化，解決觀測過程中由于報文編制、發(fā)送過程中出現(xiàn)的問題。

2 設計思路與方法

采用C++語言，開發(fā)一套L波段雷達觀測系統(tǒng)輔助軟件，將其與L波段放球軟件相關中。

與L波段雷達觀測系統(tǒng)輔助軟件開發(fā)人員協(xié)作共同開發(fā)約定控件L波段軟件對應的接口關系；研發(fā)讀取自動站觀測文件模塊；解碼L波段文件格式以及探空報文編碼。

3 軟件自動化及其相關功能

3.1 瞬間觀測自動化

進行業(yè)務觀測時，通過輔助軟件搜尋自動站觀測數(shù)據(jù)文件，按高空觀測規(guī)范要求的時間調取、讀取相應時間的觀測數(shù)據(jù)，并將這些自動站觀測到的地面氣象要素數(shù)據(jù)顯示在L波段放球軟件瞬間觀測值對應的位置，并按規(guī)范要求對儀器的合格與否做出判斷，從而實現(xiàn)L波段自動瞬間觀測的目的。

在自動氣象站計算機上，將分鐘常規(guī)要素文件所在的文件夾設置為共享，分鐘常規(guī)要素文件名命名方法是AWS_M_Z_IIiii_yyyyMMDD.TXT，其中AWS表示自動氣象站，M、Z為指示符，表示常規(guī)氣象要素分鐘數(shù)據(jù)；IIiii為區(qū)站號；yyyy為年份，MM為月份，DD為日期，月和日期不足2位時前面補“0”，TXT表示文件為ASCII文本格式。打開高空數(shù)據(jù)處理軟件，進入本站常用參數(shù)，在文件路徑頁中對瞬間觀測值讀取位置中進行自動站的路徑設置。

3.2 自動站觀測數(shù)據(jù)遠程顯示軟件

自動站觀測數(shù)據(jù)遠程顯示軟件可以在高空業(yè)務機端實時顯示本局域網(wǎng)任何自動站的觀測數(shù)據(jù)，方便高空站在放球時對輸入的瞬間值進行檢查。軟件運行后界面所示，軟件界面的左側是自動站最新1min的觀測數(shù)據(jù)，自動站每更新1組數(shù)據(jù)，軟件也會同步自動更新顯示數(shù)據(jù)，右側是當天自動站所有的觀測數(shù)據(jù)。如圖4。

軟件所有的操作都在左上角的系統(tǒng)菜單中，軟件使用之前，需要先通過這個下拉菜單進行參數(shù)的簡單設置，選系統(tǒng)菜單中的的“設置”菜單項，軟件彈出圖5的設置對話框，在對話框上設置本站站號和自動站分鐘常規(guī)要素文件所在的文件夾，設置完畢后，按確定鍵，軟件就會自動開始顯示當天自動站的觀測數(shù)據(jù)。下來菜單中“總在最上面”菜單項可以讓軟件窗口總在所有軟件的最上面，保證軟件不會被別的軟件窗口遮擋，再次點擊“總在最上面”菜單項，軟件窗口恢復正?？梢员黄渌能浖翱谡趽?。“刷新數(shù)據(jù)”菜單項可以手動刷新所有的數(shù)據(jù)?！帮@示最小界面”菜單項可以讓軟件界面改變成圖6所示，同時菜單項名改成“顯示全界面”字樣。再次點擊該菜單項，軟件界面改回圖4顯示方式。

3.3 圖文對比和時間相關

在報文形成之時，解碼高空報文，形成觀測要素圖像，對比上月同一觀測時間的各要素平均數(shù)據(jù)；同時對比報文形成時間與當前計算機時間，控制報文的發(fā)送。避免了由于時間錯誤引起的報文錯情。

4 推廣應用情況

該軟件在完成期間，一直在邢臺探空站的應急備份機上做試運行，運行2個月以后，在張家口和樂亭氣象局應用。運行期間未出現(xiàn)因為瞬間輸入錯和時間錯引起的錯情，減輕了業(yè)務人員的工作量，提高了探測質量。

5 結語

隨著現(xiàn)代化觀測技術與觀測設備不斷發(fā)展，觀測系統(tǒng)必將進一步提升氣象觀測水平，未來的高空探測將從人工觀測向自動化觀測發(fā)展，對軟件系統(tǒng)的要求會越來越高，雖然觀測系統(tǒng)軟件已經(jīng)趨于完善但仍存在一些細節(jié)方面的問題：當規(guī)定等壓面、特性層、零度層、對流層頂在同一高度時（ 或重合時），氣象要素值有一項或者多項有微小出入；探測過程中出現(xiàn)的明顯飛點，不能自動刪除，導致放球軟件和數(shù)據(jù)處理軟件進行高度替代斜距的時候出現(xiàn)不一致，如何解決這些問題，還需要在以后的工作中按照規(guī)范和軟件要求進一步完善。

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